Очистка сточных вод прокатного производства
Лекция № 11
Очистка сточных вод прокатного производства
Содержание
1. Водопотребление в прокатном производстве
2. Борьба с пылью в прокатном производстве
3. Обеспыливание выбросов машин огневой зачистки (МОЗ)
4. Очистка сточных вод прокатных станов отстаиванием
5. Очистка сточных вод прокатных станов фильтрованием
Рекомендуемые материалы
6. Цехи горячей прокатки
7. Вентиляционные установки
8. Травильные отделения
9. Борьба с вредными выбросами травильных отделений
Список рекомендуемой литературы:
1. Водопотребление в прокатном производстве
Производительность металлургического агрегата не всегда может быть единственным критерием, определяющим его водопотребление. Потребление воды двумя одинаковыми прокатными станами может различаться на 30 – 40 % в зависимости от наличия участка термоупрочнения проката.
Имеются факторы, влияющие на сокращение водопотребления:
а) испарительное охлаждение металлургических печей и кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), позволяющее сократить потребление воды в охлаждаемых деталях в 50 - 60 раз;
б) сухие методы очистки отходящих газов;
в) усовершенствование способов охлаждения прокатного оборудования и металла – замена малоэффективного способа охлаждения при помощи перфорированных труб форсуночным охлаждением, что позволяет в ряде случаев сократить потребление воды на 20 - 30 %;
г) совершенствование способов промывки металла после травления путем применения каскадов, противотока и воздушной промывки;
д) воздушное охлаждения. Замкнутые циркуляционные контуры умягченной воды или эмульсий, применяемые для охлаждения некоторых агрегатов и сред, могут охлаждаться воздухом [1,11].
Основные факторы, увеличивающие потребление воды:
а) увеличение доли стали, разливаемой в МНЛЗ, а также выплавляемой в конверторах и электропечах, за счет сокращения выплавки стали в мартеновских печах и разливки стали в изложницы, менее водоемного процесса за счет меньшего количества охлаждаемых деталей;
б) увеличение доли горячекатаного листа в общем производстве проката. Производство листовой стали является более водоемким процессом, чем сортового проката (примерно на 30 – 40 %), за счет большого количества охлаждаемых механизмов – клетей, рольгангов, моталок и др.;
в) увеличение доли термоупрочненного проката в общем производстве проката. Процесс термоупрочнения связан с использованием значительных расходов воды на быстрое охлаждение металла (с температуры 800 до 150 – 200 оС) во время его движения по рольгангу;
г) увеличение доли холоднокатаного листа, в том числе листа с различными покрытиями, а также жести в общем производстве проката. Так, на производство 1 т холоднокатаного листа с покрытиями расходуется около 40 м3, а на 1 т жести – 173 м3 воды [1,12].
Для приближенных расчетов водопотребления удобно пользоваться усредненными по отрасли комплексными показателями расхода воды, включающими все технологические операции данного вида производства, а также расхода воды для энергоносителей и на вспомогательные нужды общезаводского значения (табл.) [1,14]
Среднеотраслевые комплексные удельные расхода воды для прокатного производства
| Вид производства | Расход воды, м3/т | Вид производства | Расход воды, м3/т |
| Горячий прокат (лист) Охлаждение валков Охлаждение оборудования Охлаждение воздуха и масла Охлаждение печей Гидрослив и гидросмыв Термообработка Огневая зачистка Энергетика: Кислород Сжатый воздух Умягченная вода Электроэнергия | 12,64 6,53 9,27 8,98 3,51 0,28 0,25 0,29 0,17 0,46 6,57 | Холоднокатаный прокат Охлаждение оборудования Охлаждение воздуха и масла Охлаждение печей Травление Производство покрытий Энергетика: Кислород Сжатый воздух Умягченная вода Электроэнергия | 13,48 18,90 14,02 4,12 0,35 0,46 0,26 0,61 6,49 |
| Всего: | 48,95 | Всего: | 58,69 |
2. Борьба с пылью в прокатном производстве
Пыль в прокатном производстве образуется в результате измельчения окалины валками и испарения вследствие мгновенного увеличения давления и повышения температуры. Размер пыли 5 – 10 мкм, которая образуется от испарения окалины, составляет примерно 20 %. В среднем общий выброс пыли от всех источников пылеобразования составляет около 200 г/т товарного проката без огневой зачистки и 510 – 4320 г/т проката при наличии огневой зачистки. Основными источниками технологических выбросов являются прокатные станы, машины огневой зачистки металла, травильные отделения и отделения металлопокрытий. [2,196]
Металлическая пыль прокатных цехов является мелкодисперсной размером менее 50 мкм, которая составляет около 85 %, около 20 % от этого количества составляют пылинки 5 – 10 мкм. Особую опасность для организма человека представляют мелкие частицы пыли размером до 5 мкм, которые находятся в воздухе долгое время во взвешенном состоянии, особенно при повышенной подвижности воздуха.
Пыль, содержащая окислы железа, воздействует на органы дыхания. Проникая глубоко в дыхательные пути, эта пыль может привести к развитию специфического заболевания – сидероза. При большой запыленности воздушной среды попадающие на кожу пылевые частицы могут нарушить деятельность кожи, снизить ее сопротивляемость и затруднить терморегуляцию кожным покровом тела [2,197].
Нетоксичная пыль, находясь в легких длительное время, постепенно вызывает разрастание вокруг каждой пылинки соединительной ткани, которая не способна воспринимать кислород из вдыхаемого воздуха, насыщать им кровь и выделять углекислоту. Этот процесс разрастания соединительной ткани протекает медленно, как правило годами.
Запыленность воздуха у обжимных станов горячей прокатки доходит до 4400 мг/м3, а у местных станов до 2400 кг/м3.
Основными мероприятиями по борьбе с пылью в прокатном производстве являются: усовершенствование оборудования, применение эффективной герметизации и аспирации всех пылевыделяющих источников, увлажнение пыли водой или паром; устройство специальной пылеулавливающей вентиляции от мест пылеобразования с очисткой воздуха перед выбросом его в атмосферу через систему фильтров, регулярная уборка пыли с рабочих мест специальными пылесосами, применение индивидуальных средств защиты (респираторов, очков, специальной одежды).
Иногда изолируют пыльные участки производства от других помещений с помощью установки перегородок или заключения отдельных особо пылящих агрегатов в специальные кожухи – кабины [2,202].
Для подавления пыли при прокатке применяют также гидрообеспыливание, осуществляемое с помощью форсунок с тонким распылением воды, механическим и пневматическим равномерным орошением мест пылевыделения через дырчатые трубы и т. п. Однако такие способы не дали высокой эффективности.
Наилучшие результаты достигаются при смыве пыли компактной струей воды в месте ее образования. Вода подается на прокатываемый металл в месте выхода его из валков и отводится по специальному желобу. При прокате листа толщиной 2 мм степень обеспыливания 98 - 99 %. При этом дополнительного нежелательного охлаждения листа практически не происходит.
При гидросмыве ориентировочный расход воды равен м3/ч: на блюминге 40, слябинге 30, на одну клеть листового стана 6 – 10, непрерывного сортопрокатного стана 2 и на один проход на раскатном стане 1 [3,316].
При прокате металла из специальных сталей, когда не допустима подача воды на поверхность проката для борьбы с пылью, применяют укрытие прокатных клетей с отсосом воздуха и очисткой его в мокрых центробежных циклонах.
На станах холодной прокатки металла для охлаждения валков подают эмульсию, которая испаряется и загрязняет производственные помещения [4,298].
Пары эмульсии очень агрессивны и наносят очень большой вред оборудованию, особенно электроаппаратуре и отопительным агрегатам. Для локализации паров эмульсии на стане холодной прокатки предусматривают укрытия, из которых отсасывается воздух (25000 – 40000 м3/ч) на каждое межклетьевое пространство, при чем 70 % из верхней зоны, и 30 % из нижней.
Оседающая на слое эмульсии пыль образует липкие трудноудаляемые отложения, поэтому воздухопровод и вентилятор нужно защищать. Для этой цели по возможности ближе к тану устанавливают два поочередно работающих сетчатых фильтра, регенерация которых осуществляется разогревом пара и промывкой щелочным раствором [3,316].
Наряду с гидрообеспыливанием прокатные станы оборудуются специальными пылеотсасывающими устройствами.
Для улавливания пыли на небольших прокатных станах устанавливают зонты на высоте 2,4 м, чтобы не мешать обслуживанию стана.
Для обеспечения полного улавливания пыли скорость всасывания воздуха в отверстии зонта должна быть не менее 2 м/с и ширина зонта должна быть равна или немного меньше ширины клети стана. Конструкция получается весьма громоздкой вследствие больших присосов воздуха. Расходы воздуха (100 – 900 м3/ч) и энергии весьма значительны. Отсасываемый запыленный воздух очищается наиболее простым в эксплуатации мокрым способом очистки [2,204].
3. Обеспыливание выбросов машин огневой зачистки (МОЗ)
Машины огневой зачистки (МОЗ) устанавливаются в потоке прокатных станов (блюмингов, слябингов или МНЛЗ) и предназначаются для удаления дефектов с поверхности литых или катанных заготовок. Зачистка поверхности заготовок осуществляется при помощи щелевых горелок, работающих на природном газе в смеси с кислородом. На поверхности металла создается температура до 2000 оС. В результате поверхностный слой металла толщиной 1 – 3 мм расплавляется и частично сгорает. Для удаления этого верхнего слоя на поверхность металла под высоким давлением подают воду. При этом шлак гранулируется и смывается (водой транспортируется в яму для окалины). Одновременно выделяется большое количество газа, содержащего мелкодисперсную пыль и водяные пары.
Количество газа, выделяющегося от МОЗ, зависит от ее производительности и в смеси с воздухом колеблется от 150 – 200 тыс м3/ч (в зарубежной практике до 350 тыс м3/ч). Температура газов за МОЗ составляет 65 – 70 оС. Влагосодержание отсасываемого газа равно в среднем 150 г/м3. состав отсасываемой гозовоздушной смеси приближается к составу атмосферного воздуха, обогащенного кислородом, и характеризуется следующими данными: 1,7 % СО2; 28,5 % О2; 69,2 % N2; 0,6 СО. [4,298].
Вместе с отсасываемым газом выносится большое количество мелкодисперсной пыли, концентрация которой составляет обычно 3 – 6 г/м3, повышаясь в отдельные периоды до 10 – 12 г/м3. Пыль от МОЗ содержит в основном оксиды железа, количество которых достигает 75 – 90 % и в небольшом количестве - окислы кальция, кремния и других элементов. В пыли присутствуют и мелкие фракции:
Фракция, мм < 0,5 0,5 – 1 > 1
Содержание, % 20 -25 60 – 65 10 – 20
Высокая дисперсность пыли заставляет применять для очистки газов МОЗ самые совершенные уловители пыли. Наибольшее распространение получили скрубберы Вентури и электрофильтры. Газоочистные установки рассчитывают на максимальное количество газов 150 – 200 тыс м3/ч. Трубы-распылители работают со скоростями 100 – 150 м/с при удельном расходе воды 1 – 1,2 дм3/м3, каплеуловители прямоточного типа. При этих условиях запыленность уходящих газов удовлетворяет санитарным требованиям.
Ввиду того, что электрическое сопротивление пыли не слишком велико, она достаточно хорошо улавливается электрофильтрами, чему способствует также низкая температура и достаточная влажность газа. Поэтому там, где можно разместить электрофильтры, предпочитают их установку, так как малые эксплуатационные расходы и отсутствие водопотребления обуславливают меньшие приведенные затраты по сравнению с эксплуатацией мокрых газоочисток.
В процессе работы МОЗ вода используется для выполнения следующих операций:
а) гидросбива окалины и шлака с роликов и желобов подающего рольганга;
б) охлаждение оборудования МОЗ и роликов подающего рольганга;
в) очистки газов, образующихся при огневой зачистке заготовок (запыленность газов около 2 г/м3).
На большинстве действующих МОЗ сточные воды сбрасываются в подстановый лоток и проходят очистку совместно со сточными водами прокатных цехов.
Сточные воды МОЗ загрязнены в основном твердыми механическими примесями. Кроме того, в сточные воды в небольших количествах могут попадать масла, применяющиеся для смазки подшипников роликов рольганга.
Концентрация механических примесей (окалины) в общем стоке МОЗ колеблется от 440 до 1500 мг/л, в сточных водах газоочистки – находится в пределах 200 – 400 мг/л.[1,55].
Основная часть взвешенных веществ, содержащаяся в сточных водах газоочисток МОЗ представлена в виде окислов металлов (частицами крупностью менее 5 мкм). Для достижения в осветленной воде концентрации взвеси 150 – 200 мг/л необходимо задерживать частицы со скоростью осаждения U0 = 0,2 мм/с (при естественном осаждении) и 0,8 мм/с (при осаждении с применением коагуляции). В качестве коагулянта рекомендуется использовать полиакриломид (ПАА) до 1 мг/л – очистка на радиальных отстойниках. Перед радиальными отстойниками сточные воды прокатных станов предварительно очищаются в ловушках типа горизонтальных отстойников или открытых гидроциклонов, позволяющих отделить крупнодисперсную фракцию твердых примесей. Время пребывания воды в них 2 – 3 мин, выгрузка осадка осуществляется грейферным краном.
Открытый гидроциклон применяется для очистки вод от грубодисперсных взвешенных веществ, масла. Расход сточных вод 200 м3/ч.
Сточные воды станов горячего проката содержат различные масла и нефтепродукты, попадающие через неплотности в системах смазки. Индустриальные масла и солидолы, содержащиеся в сточных водах, имеют плотность соответственно 0,879 и 0,923 г/м3. Часть масел, содержащихся в сточных водах, задерживается в сооружениях первой ступени очистки (особенно солидолы).
4. Очистка сточных вод прокатных станов отстаиванием
Вторичная очистка вод производится, как правило, в горизонтальных отстойниках. Конструкции указанных отстойников разработаны давно и обладают следующими недостатками:
1) несовершенством устройств впуска, распределения и сбора воды. Это приводит к тому, что в объеме отстойников наблюдается струйность потоков и наличие мертвых зон;
2) несовершенством маслоулавливающих устройств, требующих ручной регулировки при изменении расходов воды;
3) периодическим удалениям шлама, что приводит к сокращению полезного объема отстойников и не позволяет получать стабильное количество очищенной воды.
Удовлетворительная степень очистки сточных вод в горизонтальных отстойниках может быть достигнута при весьма низких удельных гидравлических нагрузках., что требует значительных производственных площадей для размещения очистных сооружений.
Для осветления сточных вод прокатных производств эксплуатируется ряд промышленных установок с открытыми гидроциклонами простейшей конструкции, выполняющих роль ям для окалины. В этом случае отделение окалины улучшается за счет совместного действия гравитационных и центробежных сил.
При очистке сточных вод, расход которых превышает 200 м3/ч, рекомендуется использовать многоярусные низконапорные гидроциклоны. В основу работы этого аппарата положено отстаивание воды в тонких слоях, заключенных между коническими поверхностями секций. В сточных водах, поступающих на очистку в открытые гидроциклоны (с десятью ярусами), содержится 100 – 200 мг/л взвешенных веществ и от 8 до 200 мг/л масел. В очищенной воде концентрация взвеси составляет от 65 до 85 мг/л в зависимости от удельной гидравлической нагрузки. Масла в гидроциклоне улавливаются в незначительном количестве. Величина основной массы задерживаемых частиц взвеси (80 – 90 %) превышает 10 мкм.
Таким образом, низконапорные гидроциклоны рекомендуется применять для очистки сточных вод, содержащих крупнодисперсную взвесь с U0 = 0,3 мм/с и небольшую концентрацию масел. Следует учитывать, что в гидроциклонах указанной конструкции возможно забивание окалиной и другими случайными предметами шламопроводящих каналов и межъярусных пространств. [1,65].
Применении открытых гидроциклонов качестве единственного средства для вторичной очистки сточных вод нецелесообразно, т. к. потребуется доочистка от твердых механических примесей (мелкодисперсных) и особенно от масел с помощью отстойников или фильтров.
С целью повышения эффективности улавливания масел предложены конструкции гидроциклонов – флотаторов. Сточная вода, подлежащая очистке, подается в верхнюю часть форкамеры. Кроме того, в агрегат вводится часть осветленной (рециркуляционной) воды, насыщенной воздухом под давлением 0,3 – 0,4 МН/м2. Расход циркуляционной воды рекомендуется принимать 25 – 30 % от расхода воды, подаваемой на очистку. Вода, насыщенная растворенным воздухом, из напорного бака поступает в распределитель воздушной смеси. Водо-воздушная смесь из распределителя подается в камеру флотации, где давление падает от атмосферного и происходит выделение растворенного воздуха в виде мельчайших пузырьков. Пузырьки воздуха всплывают на поверхность, захватывая при этом капельки масел и мельчайшую взвесь. Количество воздуха, необходимого для насыщения воды, составляет 4 – 8 % от расхода рециркуляционной воды. Время пребывания воды в напорном баке рекомендуется принимать 2 мин.
Во ВНИПИЧерМетЭнергоочистке разработан вихревой аппарат, являющийся разновидностью открытого гидроциклона. Отделение масел обеспечивается с помощью напорной флотации. Насыщение воды воздухом осуществляется до гидроциклонов. Основная часть масла всплывает в распределительной камере, а доочистка происходит в центральной части аппарата. Особенностью является так же то, что вода поступает в центральную часть через перфорированную перегородку с площадью отверстий 10 % от ее боковой поверхности. Это обеспечивает равномерное распределение воды во всем объеме аппарата. Вихревые аппараты рассчитаны на работу с нагрузками до 10 м3/(м2.ч) с применением коагуляции и флотации. При этом в очищенной воде концентрация взвешенных веществ составляет до 50 мг/л, масел – до 30 мг/л.
Изучение коагулирующего действия известкового молока, сернокислого алюминия, сернокислого железа, хлорного железа и ПАА показало, что наиболее интенсивно процесс укрепления механических примесей происходит при совместном действии 25 мг/л хлорного железа и 1 мг/л ПАА.
За рубежом камеры флокуляции, которые встраиваются в отстойники, чаще всего выполняются в виде круглого резервуара, внутри которого устанавливается механическая мешалка. Процесс хлопьеобразования в камерах этого типа интенсифицируется благодаря наличию градиента скоростей, облегчающих столкновение механических примесей.
В механическую часть отстойников вмонтированы автономные приводы скребковых ферт и мешалок, а также планетарные редукторы, обеспечивающие вращение скребковых ферт и мешалок с различной частотой вращения. [1.69].
5. Очистка сточных вод прокатных станов фильтрованием
Для бесперебойной работы фильтров наибольшее значение имеет предварительная очистка сточных вод, уменьшающая нагрузку на фильтрующую загрузку. Если фильтры монтируют на станах с ямой для окалины недостаточной емкости, перед фильтрами устанавливают дополнительные отстойники, в основном радиального типа, для предварительного отделения твердых механических примесей и масел. Фильтрующий материал представляет собой песок, состоящий из частиц сферической формы диаметром 2 – 3 мм. В качестве поддерживающих слоев используется гравий.
Все более широкое распространение получили процессы фильтрации через сетчатые фильтрующие перегородки, предназначенные как для грубой, так и более тонкой очистки.
Для грубой очистки сточных вод от случайных плавающих предметов часто применяют двухкамерные фильтры со штампованными сетками с ячейками диаметром 6 мм. Рассчитаны они на очистку 2000 м3/ч воды и устанавливают их до основных очистных сооружений (открытых гидроциклонов, радиальных отстойников, и др.) с целью защиты их от попадания крупных предметов, которые засоряют шламоотводящие устройства и системы улавливания масел.
Для повышения эффективности грубой очистки воды НИИПТмаш предложил конструкцию и технологию изготовления сеток с ячейками размером 0,5х14 и 0,95х1,65 мм. Фильтры с указанными сетками указаны в системе водоснабжения стана горячей прокатки листа. Сетки испытанной конструкции удовлетворительно регенерируются методом дублирования в течение 5 – 6 мин при давлении 3 ат. Промывка сеток должна производиться через 200 – 250 ч непрерывной работы.
В настоящее время изготовлены также микрофильтры с тканными сетками из никеля или фосфористой бронзы с размером ячейки 400 мкм. Сетки натянуты на горизонтальные непрерывно вращающиеся барабаны. Загрязненная вода поступает внутрь барабана и фильтруется через сетку. Промывка осуществляется при постоянной подаче струи воды на наружную поверхность сетки. [1,77].
Горизонтальный напорный фильтр с глубокой постелью, корпус которого представляет собой сварной стальной резервуар длиной 10 – 11 м и диаметром 3 м, разделенный на две секции с песчаной и гравийной загрузкой. Высота фильтрующей загрузки 0,9 м. сточные воды последовательно проходят обе секции: вначале через гравийный, а затем – песчаный фильтр. На такие фильтры поступает вода с концентрацией взвешенных веществ в среднем 200 мг/л и масел 50 мг/л при скорости фильтрации 50 м/ч (секция с гравийной загрузкой) и 25 м/ч (секция с песчаной загрузкой). В очищенной воде содержится до 30 мг/л взвешенных веществ и до 20 мг/л масел.
В качестве фильтрующего материала используется стабильная полимерная смола. Марвинол №=2001, отличающийся повышенной грязеемкостью. При скорости фильтрации 140 – 175 м/ч концентрация взвеси в очищаемой воде снижается со 100 – 200 до 1 – 5 мг/л, а масел с 20 – 40 до 0,5 – 3,0 мг/л. [1,74]
Работа описанных фильтров с минеральной загрузкой эффективна благодаря разработанному в ФРГ методу регенерации с помощью регулируемой подачи воздуха, что достигается применением М-образных блоков. Это устройство обеспечивает равномерное распределение воздуха по всей площади фильтра при его промывке и позволяет резко сократить количество промывочной воды.
Для очистки окалиносодержащих сточных вод прокатных станов применяют напорные двухъярусные фильтры с плавающей загрузкой из гранул вспененного полистирола. Двухслойная загрузка состоит из гранул с уменьшающимися размерами по ходу движения воды: первый слой толщиной 600 – 1200 мм с размерами гранул 3 – 5 мм и второй слой той же толщины с размером гранул 2 – 3 мм. Эффективность работы двухслойных фильтров характеризуется следующими данными. При скорости фильтрования 50 – 70 м/ч содержание окалины снижается с 200 до 10 – 15 мг/л. Масло в основном сорбируется на поверхности окалины и удаляется вместе с ней при промывке фильтра. Продолжительность фильтроцикла 9 – 12 – 22 ч, конечные потери напора 8 м, удельная грязеемкость 45 – 60 кг/м3, интенсивность промывки 18 – 22 л/с.м2, расход промывной воды 3 – 4 % профильтованной [5,83]. Фильтры трех размеров: диаметром 3; 2 и 3,4 м.
Фильтры с плавающей пенополистирольной загрузкой для очистки сточных вод имеют некоторые недостатки. Вспененный полистирол в промышленных условиях получают по специальной технологии с использованием горячей воды. При длительной работе фильтра гранулы полистирола, несмотря на промывку, обволакиваются маслом, что может привести к кульминации загрузки. В таких фильтрах процессы фильтрации и регенерации загрузки осуществляются непрерывно. Часть загрязненной фильтрующей загрузки непрерывно отводится в специальный промыватель, а затем вновь возвращается в фильтр [1,76].
6.Цехи горячей прокатки
Сточные воды в цехах горячей прокатки образуются при охлаждении станового оборудования, гидросбиве и гидросмыве окалины. Количество окалины зависит от величины нагреваемого слитка и колеблется в пределах от 500 до 2500 г/м3. Количество масла зависит от конструкции подшипников рольгангов. Характеристика сточных вод приведена в табл. 1.
Табл. 1.
Характеристика сточных вод прокатных цехов
| Станы | Содержание окалины в сточной воде, г/м3 | Количество масла в сточной воде, г/м3 | Температура нагрева в процессе производства, оС | |
| При бронзовых подшипниках | При текстолитовых подшипниках | |||
| Крупносортные Среднесортные Мелкосортные Листопрокатные Трубопрокатные | 600 – 2500 600 – 1500 200 – 650 До 300 > 300 | 30 – 40 30 – 40 30 – 40 30 – 40 60 - 180 | 10 – 30 10 – 30 10 – 30 10 – 30 30 - 100 | 3 – 5 3 – 5 3 – 5 3 – 5 3 - 5 |
Водоснабжение потребителей грязной воды в прокатных цехах осуществляется по оборотной схеме. Остаточное содержание взвешенных веществ в осветленных водах составляет 40 – 70 г/м3.
В зависимости от количества окалины в сточной воде применяют одно- или двухступенчатую очистку. Первую применяют при содержании окалины в сточной воде до 300 г/м3, вторую – более 300 г/м3.
Табл. 2.
Сооружения для очистки окалиносодержащих сточных вод
| Характеристика сточной воды | Количество окалины в сточной воде, г/м3 | ||
| более 300 | менее 300 | ||
| I ступень очистки | II ступень очистки | ||
| С содержанием окалины и масла С содержанием окалины | Первичный отстойник Первичный отстойник | Вторичный горизонтальный отстойник; открытый гидроциклон Вторичный отстойник; закрытый гидроциклон | Вторичный горизонтальный отстойник; открытый гидроциклон Вторичный горизонтальный отстойник; закрытый гидроциклон |
Первичный отстойник служит для улавливания частиц окалины размером более 1 мм.
Количество окалины составляет: от крупносортных станов – около 3 %, мелкосортных – около 4 % от веса прокатываемого металла; крупных частиц (размером более 1 мм) в окалине 70 – 90 %.
Размеры первичного отстойника определяют в зависимости от количества воды, механизма уборки окалины и места для размещения отстойника.
Время пребывания воды в отстойнике 1 – 1,5 мин, скорость движения воды 0,1 – 0,15 м/сек, глубина проточной части 1,5 м, ширину отстойника выбирают в зависимости от принятого механизма уборки. Длина отстойника
,
где Q – расход загрязненной воды, м3/сек;
t – время пребывания воды в отстойнике, мин;
hпрот – глубина проточной части, м;
В – ширина отстойника, м.
Величина осадочной части отстойника должна быть рассчитана на хранение суточного объема осевшей окалины.
Табл. 3.
Объемный вес окалины от прокатных станов
| Станы | Объемный вес окалины, г/м3 | |
| влажной | сухой | |
| Крупносортные Среднесортные Мелкосортные | 3,28 2,25 2,27 | 2,76 2,01 1,81 |
Размеры бункера для хранения выгруженной из отстойника окалины принимают конструктивно. Объем бункера должен обеспечивать хранение окалины в течение: от крупносортных станов – одних суток, среднесортных – двух суток, мелкосортных – трех суток.
Уборку окалины из первичного отстойника в зависимости от ее количества можно производить грейферным краном, скреперной лебедкой, многоковшовым транспортером.
Количество окалины в сточных водах после первичного отстойника колеблется в пределах от 100 до 1300 г/м3; среднее количество взвеси – около 300 г/м3.
Рис. 1. Горизонтальный отстойник с трубчатыми элементами
1 — Подводящий лоток; 2 — трубчатые элементы; 3 — скребковое устройство; 4 — приямок.
Вторичный горизонтальный отстойник. Содержание окалины в сточных водах прокатных цехов после их первичного отстаивания можно принять, г/м3: от крупносортных станов 400, среднесортных 200, мелкосортных 100 мг/л. Содержание масла 40 мг/л. Для трубопрокатных цехов содержание окалины – около 300 мг/л, масла 100 мг/л.
Наименьшая скорость выпадения осадка U0 во вторичных отстойниках составляет мм/сек: от крупносортных станов 0,5 – 0,3, среднесортных 0,3 – 0,2, мелкосортных 0,1.
Из сточных вод от крупносортных станов в течение 15 -20 мин выпадает 80 - 85 % окалины. Выпадение окалины из сточных вод других станов выпадает медленнее.
Для вторичного осветления сточных вод прокатных цехов применяют отстойник, разработанный Гипромезом. Отстойник представляет собой набор секций размером 6 х 18 м, объединенных в блоки по две или четыре. Количество блоков зависит от количества очищаемых сточных вод. Гидравлическая нагрузка на одну секцию отстойника 120 – 150 м3/ч. Расположение отстойника может быть однорядным и двухрядным в зависимости от числа секций и их расположения на генеральном плане. Уборка окалины из отстойника производится грейферным краном. Всплывшее масло при помощи щелевой трубы направляется в специальную секцию. Для сгона масла с поверхности воды предусматривают специальную тележку. Скорость воды в подводящих лотках обычно принимают в пределах 1,2 – 1,5 м/сек.
При определении числа отстойников необходимо производить расчет на хранение окалины в отстойнике.
Напорные гидроциклоны можно применять для вторичного осветления сточных вод со средним содержанием окалины около 300 мг/л.
В комплект к гидроциклону входят сменные песковые насадки двух типоразмеров.
Эффект осветления окалиносодержащих сточных вод в напорных гидроциклонах 70 – 80 %, при этом нагрузка и выход пульпы зависят от напора воды перед ним и его диаметра. Так, при напоре 10 м вод. ст. и диаметре гидроциклона 250 мм расход воды на гидроциклон составляет около 50 м3/ч; при диам. 350 мм – 100 м3/ч, при диам. 500 мм - 200 м3/ч. Количество сбрасываемой пульпы составляет 5 – 10 % от общего расхода.
Рис.2. Гидроциклоны
а — напорный; б — открытый: 1 — подводящий трубопровод; 2 — отвод шлама; 3 — отвод очищенной воды.
При наличии поступающих в гидроциклоны сточных водах масла вода после осветления направляется в маслоловушки.
Пульпу от гидроциклонов можно направлять в накопители или на утилизацию, устраивают так же отстойники для хранения окалины в зимний период.
Отработанная эмульсия от прокатных станов сбрасывается периодически – один раз в 2 – 3 суток; ее количество зависит от производительности и числа станов и колеблется в пределах 300 – 500 м3 на каждый стан.
Отработанная эмульсия металлодвижущих станков также сбрасывается периодически; ее количество зависит от мощности и числа станков, практически сброс отработанной эмульсии от металлорежущих станков составляет 20 – 70 м3/сутки.
Для разложения маслоэмульсионных сточных вод применяют отработанный травильный раствор или 26 %-ный раствор поваренной соли.
Сжатый воздух
Пар
Вода Маслоэмульсия
Расчет
Осветленная вода Масло
на нейтрализацию на склад
Рис. 1 . Схема обработки сточных вод
Маслоэмульсионные сточные воды поступают в смеситель, где смешиваются с реагентом, а затем в резервуар – отстойник; всплывшее масло вытесняется в емкость для масла; осветленная вода направляется в специальную емкость, откуда поступает на нейтрализацию. Расход отработанного травильного раствора составляет 100 л на 1 м3 эмульсии; расход 26 %-ного раствора поваренной соли 78 л на 1 м3 эмульсии. Температура процесса должна быть 50 оС.
При количестве сбрасываемой эмульсии порядка 5 – 20 м3/сутки очистка маслоэмульсионных сточных вод производится совместно со сточными водами хозяйственно-фекальной канализации.
7. Вентиляционные установки
Удельный расход воды на очистку 1 м3 воздуха составляет около 0,5 л.
Концентрация взвешенных веществ в сточных водах от вентиляционных устройств колеблется в значительных пределах и может достигать 20000 г/м3. Количество взвешенных веществ можно уменьшить, если это необходимо, разбавлением водой.
Осветление сточных вод вентиляционных установок обычно производят методом отстаивания. Для этой цели применяют горизонтальные или радиальные отстойники.
При установлении размеров отстойника расчетную скорость выпадения взвеси определяют с учетом начальной и конечной концентрации взвешенных частиц в стоках.
При сбросе осветленных вод в водоем остаточная концентрация взвешенных веществ должна удовлетворять санитарным требованиям.
При возврате этих вод тем же потребителям остаточная концентрация взвешенных веществ не должна превышать 150 г/м3.
Устройство локальных очисток наиболее целесообразно для вентиляционных установок, обслуживающих несколько близко расположенных цехов или отдаленный цех.
При большом числе вентиляционных установок сточные воды следует подавать на осветление в заводской шламонакопитель по единой системе гидротранспорта.
8. Травильные отделения
Сточные воды в травильных отделениях образуются в результате обработки изделий из черных металлов кислотами. Они бывают двух видов: отработанный раствор кислот и кислотные воды после промывки изделий.
Обычно из травильных ванн с серной кислотой отработанный раствор сбрасывается с остаточным содержанием серной кислоты 30 – 70 кг/м3 и железного купороса 150 -300 кг/м3. Температура сточных вод достигает 80 оС.
Сточные воды после промывки изделий содержат около 0,5 кг/м3 серной кислоты и железного купороса.
Количество сточных вод после обработки изделий другими кислотами незначительно по сравнению с количеством вод после обработки серной кислотой.
Промывочные сточные воды и сточные воды с содержанием других кислот направляют на нейтрализационную установку, где они нейтрализуются известковым молоком, а затем подаются на длительное осветление в шламонакопители. Осветленная вода может быть сброшена в водоем или использована.
При прокате трансформаторных сталей сточные воды
содержат до 15 кг/м3 кремниевой кислоты. Перед тем, как подать эти воды в купоросную, необходимо извлечь кремниевую кислоту на обескремнивающей установке.
Сточные воды, образующиеся при мытье полов травильных отделений, ванн, аппаратуры, обычно направляют на нейтрализационную установку.
Купоросные установки оборудованы вакуум-эжекционными агрегатами периодического действия производительностью 500 – 1500 т/год и непрерывного действия производительностью 3000 т/год.
Травильные растворы с температурой 60 – 90 оС подают в испарители, где за счет вакуума, создаваемого пароэжекторами, происходит выпаривание раствора. После этого раствор попадает в кристаллизаторы, где происходит аналогичный процесс. В последнем кристаллизаторе при давлении 7 мм рт. ст. и температуре 10 оС образуется смесь кристаллов купороса и раствора серной кислоты, которую добавляют в кристаллизатор для интенсификации процесса высадки купороса. Отделение купороса от маточника происходит в центрифуге. Маточник с содержанием 20 % кислоты и 10 % купороса направляют в травильное отделение.
Нейтрализационная установка. Нейтрализация кислотных сточных вод производится известковым раствором. В зависимости от количества вод, подлежащих нейтрализации, меняется суточный расход извести.
Крепость известкового раствора при нейтрализации 5 – 10 %; при расчете потребности в извести для нейтрализации принята усредненная известь с 50 % активности.
Расход извести на нейтрализацию зависит от концентрации кислоты в промывных водах.
Количество шлама, получающегося в результате нейтрализации сернокислотных сточных вод товарной известью, составляет около 2 т на 1 т извести.
Влажность шлама, получаемого в результате нейтрализации, после трехчасового отстаивания составляет 99 %, т.е. 200 м3 шлама на 1 т товарной извести.
Установка для извлечения кремния из травильных растворов. Кремниевая кислота препятствует кристаллизации купороса и затрудняет процесс травления трансформаторных сталей.
Для выделения кремниевой кислоты из раствора соль кремниевой кислоты путем нейтрализации части кислоты известковым молоком переводится в гель, а затем при помощи вакуум-фильтрации вместе со шламом выводится из раствора. Последний поступает на купоросную установку.
9. Борьба с вредными выбросами травильных отделений
Для удаления окалины с поверхности горячей полосы применяют травление в серной или в соляной кислоте, которое можно осуществлять периодически и непрерывно.
Периодическое травление применяют при подготовке листов к нанесению защитных покрытий (оцинкование). Агрегат карусельного типа расположен в небольшом отдельном помещении, сообщающимся с цехом только проемом, через который карты листов подаются только с поворотного стола в открытую ванну и возвращаются обратно. Для предотвращения выбивания паров ванны снабжены бортовым отсосом и передувом паров (воздушной завесой). Для передува паров рекомендуется применять вентиляторы высокого давления (5 – 10 кПа), при котором значительно сокращаются габариты сдувающего устройства. При этом скорость воздуха в открытом проеме помещения должна быть не менее 1 м/с.
В агрегатах непрерывного травления полоса проходит четыре травильные ванны со щелочным раствором и водой и сушку горячим воздухом, после чего сматывается в рулоны. При отсосе от одной ванны 1200 м3/ч воздуха унос серной кислоты с парами воды составил 7 кг/ч, т.е. около 3 % в сутки. Для уменьшения этих выделений ванны снабжают двойным крышками и гидравлическими затворами у бортов. Значительно сокращают испарение и унос травильного раствора пенообразующие добавки.
Суммарное количество воздуха, отсасываемого от агрегата непрерывного травления, составляет 14000 – 18000 м3/ч. Среднее содержание кислоты в воздухе 2,5 – 2,7 г/м3.
Для очистки газов от паров кислот применяют пенные аппараты, обеспечивающие высокую степень очистки от химических примесей (95 – 99 %). Однако даже при этой степени очистки остаточное содержание кислот в воздухе составляет 0,05 г/м3, что значительно превышает санитарную норму.
Для промывки воздуха в пенном аппарате используют слабоподкисленную воду промывной ванны с содержанием 12 – 16 г/дм3 кислоты. После промывки содержание кислоты в воде повышается до 19 – 20 г/дм3 и вода направляется на регенерационную установку.
На одном предприятий успешно применяется абсорбционная очистка газов ванн травления изделий из нержавеющей стали известковым молоком в полых скоростных скрубберах. Основные технические показатели установки:
Расход газа на 1 абсорбер, тыс м3/ч t газов, оС 235
t газов, оС 25 - 30
Содержание NOх, мг/м3 80 - 300
Содержание тумана кислот, мг/м3 30 - 60
Диаметр абсорбера и каплеуловителя, м 4
Скорость газа в абсорбере, м/с 5
Удельное орошение газа, л/м3 3,5
Сопротивление системы, кПа 3,2 – 3,3
Концентрация взвеси в растворе, г/л 1,5 – 2,0
Степень поглощения NOх, % < 80
Степень поглощения тумана кислот, % 95 - 98
За год очищает 800 тыс м3/ч.
В ряде случаев для очистки газов, отходящих от ванн травления, используют волокнистые фильтры – туманоуловители , материал фильтра – лавсан., толщина слоя волокна – 10 мм.
В установках небольшой производительности иногда применяют адсорбционные методы очистки. Адсорберами могут служить синтетические и природные цеолиты, активированный уголь, селикогели, бетонитовые глины и др.
Перспективной является ионообменная очистка выбросов травильных ванн [3,321].
Список рекомендуемой литературы:
1. Защита водоемов от загрязнений сточными водами предприятий черной металлургии. Левин Г. М., Пантелят Г.С., Вайнштейн И.А., Супрун Ю М., М., Металлургия, 1978, 216 с.
2. Охрана труда в прокатном производстве. Молчанова З. В., М., Металлургия,1973, 248 с.
Обратите внимание на лекцию "21 Мониторинг питьевой воды".
3. Газоочистные аппараты и установки в металлургическом производстве. Старк С. Б.: Учебник для вузов. Изд. 2 – е, перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1990, 400 с.
4. Юдашкин М. Я. Пылеулавливание и очистка газов в черной металлургии. Изд. 2 – е, перераб. и доп. – М.: Металлургия,1984, 320 с.
5. Очистка производственных сточных вод: Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. «Водоснабжение и канализация» и «Очистка природных и сточных вод» / С.В. Яковлев, Я.А. Карелин, Ю.М. Ласков, Ю.В. Воронов. – М.: Строиздат, 1979. – 320 с., ил.
6. Очистка сточных вод в процессах обработки металлов. 2 – е изд. перераб. и доп. Смирнов А.Н., Генкин В.Е., М.: Металлургия, 1989, 224 с.
7. Безопасность труда на производстве. Производственная санитария. Справочное пособие. Коллектив авторов. Под ред. проф. Б. М. Злобинского. Изд-во «Металлургия», 1968, с. 688.
8. Методы очистки производственных сточных вод: справочное пособие / Жуков А. И., Монгайт И. Л., Родзиллер И. Д. - М.: Стройиздат, 1977. – 204 с.
